Mengapa USB memiliki 4 baris, bukan 3?


186

USB menentukan 4 pin:

1.   VBUS   +5V
2.   D-     Data-
3.   D+     Data+
4.   GND    Ground

Mengapa ini bukan 3? Bisakah Data dan Daya tidak berbagi kesamaan? Apakah saya benar dalam memahami bahwa D-itulah landasannya D+?


8
Asal tahu saja: Ada protokol kawat tunggal di mana bahkan + 5V dan datanya sama. Ini tidak akan cepat dan aman dari gangguan, tetapi untuk beberapa aplikasi, lebih sedikit kabel adalah kemenangan total. Yang lain, seperti USB dan Ethernet, menambahkan kabel untuk mendapatkan lebih banyak daya dan data.
Macke

13
Wow, ini pertanyaan yang sangat populer!
Rocketmagnet

Jawaban:


291

Tidak, D-bukan tanah. Data dikirim melalui garis diferensial , yang berarti D-gambar cermin D+, sehingga kedua jalur data membawa sinyal. Penerima mengurangi D-dari D+. Jika beberapa sinyal derau diambil oleh kedua kabel, pengurangan akan membatalkannya.

masukkan deskripsi gambar di sini

Jadi pensinyalan diferensial membantu menekan kebisingan. Begitu juga dengan jenis kabel, yaitu twisted pair . Jika kabel berjalan paralel, mereka akan membentuk loop (sempit) yang dapat mengambil interferensi magnetik. Namun berkat tikungan, orientasi kabel sehubungan dengan bidang berubah terus menerus. Arus yang diinduksi akan dibatalkan oleh arus dengan tanda berlawanan setengah putaran lebih jauh.
Misalkan Anda memiliki gangguan bekerja secara vertikal pada kabel bengkok. Anda bisa menganggap setiap putaran sebagai loop kecil mengambil gangguan. Maka mudah untuk melihat bahwa lingkaran kecil berikutnya melihat bidang yang berlawanan (terbalik, sehingga untuk berbicara), sehingga membatalkan bidang pertama. Ini terjadi untuk setiap pasangan setengah tikungan.
Efek penyeimbangan serupa terjadi untuk kapasitansi ke ground. Dalam pasangan lurus satu konduktor menunjukkan kapasitansi yang lebih tinggi untuk membumikan daripada yang lain, sedangkan dalam pasangan yang bengkok, masing-masing kawat akan menunjukkan kapasitansi yang sama.

masukkan deskripsi gambar di sini

sunting
Kabel dengan beberapa pasangan bengkok seperti cat5 memiliki panjang putaran yang berbeda untuk setiap pasangan untuk meminimalkan crosstalk.


6
@ pjc50 - Sebenarnya, saya mengambilnya dari Wikipedia , tetapi jika saya harus menggambar sendiri, saya akan menggunakan Adobe Illustrator.
stevenvh

16
@ pjc50 atau Inkscape, yang merupakan alternatif perangkat lunak bebas paling populer (dan benar-benar valid)
clabacchio

1
Yah, saya baru di bidang elektronik. Saya ingin bertanya kepada Anda, jika suara itu hanya pada D +, bagaimana itu bisa dibatalkan? Jadi, saya katakan, apakah ada situasi di mana kebisingan hanya pada D + atau D-?
Enes Unal

4
@ Enes - Itu akan diabaikan karena simetri kabel: jika Anda mengambil panjang kabel yang sewenang-wenang Anda tidak dapat mengetahui pada pandangan mana D+dan mana D-(selain dari kode warna, tentu saja). Itu berarti keduanya D+dan D-akan terkena gangguan dengan cara yang sama. Dan ketika suara itu sama pada kedua pengurangan akan membatalkannya hampir sepenuhnya.
stevenvh

2
@EnesUnal Hal menarik tentang kabel twisted pair adalah bahwa tidak ada kabel yang secara permanen lebih dekat dengan noise atau interferensi daripada kabel lainnya. Ref: techtionary.com/members/slides/u/unbalun.swf
Subin Sebastian

58

Ini adalah sinyal diferensial (atau seimbang), bukan sinyal tunggal berakhir (tidak seimbang).

Ini berarti penerima "mengukur" tegangan di antara mereka, bukan antara satu dan arde.
Say D + adalah pada 2V, dan D- pada 1V. Sekarang katakanlah kawat mengambil beberapa noise eksternal (RF, hum listrik, dll) Sangat mungkin bahwa kedua kabel akan mengambil sinyal noise yang sama karena mereka dipelintir bersama dan dari impedansi yang sama.
Katakanlah kita mengambil 50mV dari kebisingan. Jadi sekarang D + memiliki 2050mV di atasnya, dan D- memiliki 1050mV - perbedaan di antara mereka masih 1V (1000mV), dan inilah yang penerima "lihat".
Jika ini dilakukan dengan kabel tunggal, maka D + (tanpa D-) akan berada pada 1050mV, dan ground masih pada 0V, sehingga penerima akan melihat 1050mV.

Ini adalah sedikit penyederhanaan yang berlebihan (tetapi mendapatkan konsep dasar) - tanah juga dapat mengambil beberapa kebisingan (atau memintanya untuk memulai dengan), tetapi karena impedansi yang tidak cocok antara itu dan sinyal jumlah kebisingan diambil pada setiap baris akan berbeda dan perbedaan ini akan terlihat di ujung penerima. Juga mungkin ada pada awalnya (misalnya ground loop) yang merupakan masalah besar untuk sistem tunggal.
Menyesuaikan impedansi saluran dalam koneksi seimbang sangat penting untuk penolakan mode umum yang baik (yaitu penolakan sinyal yang umum untuk kedua sinyal) karena hanya berfungsi jika kedua saluran mengambil jumlah noise yang sama persis. Sinyal tidak harus simetris. Namun noise dibuat, selama itu mempengaruhi kedua sinyal sama maka penolakan mode umum akan sangat baik.


38

Sebenarnya, itu pernah dicoba: Apple Desktop Bus (ADB) digunakan untuk menghubungkan keyboard dan mouse ke komputer Apple Macintosh dari sekitar 1986 hingga Apple membuangnya untuk USB pada 1997 dengan iMac.

Itu memiliki empat kabel: 5V, ground, data, dan saklar daya. Saluran sakelar daya hanya untuk tombol daya pada keyboard, yang menghubungkan saluran ke ground, dan memberi tahu catu daya untuk menghidupkan mesin. Itu harus kabelnya sendiri sehingga masih bekerja bahkan jika garis 5V dimatikan.

Selain itu, jalur data membawa semuanya ... sangat lambat. Bus tidak pernah benar-benar berkembang selain menjadi bis perangkat desktop karena tidak hanya memiliki sinyal satu ujung, tetapi memiliki batas panjang (Anda mendapatkan refleksi dari ujung bus, karena tidak berakhir di setiap ujung).

Jadi Intel memutuskan untuk menggunakan pensinyalan diferensial untuk USB. Jika Anda menginginkan gagasan yang bagus tentang sinyal yang dibeli oleh Anda, bandingkan kinerja dalam kebisingan bus RS-232 tunggal dengan bus diferensial RS-422. RS-422 dapat digerakkan melalui kabel yang lebih panjang dengan tegangan sumber lebih sedikit pada tingkat kesalahan bit yang diberikan.

Kenapa ini? Versi panjangnya mengambil kuliah sehari di kelas elektromagnetik. Versi singkatnya adalah bahwa sinyal noise akan menginduksi tegangan yang sama di kedua kabel dari pasangan diferensial, sehingga komparator pada ujung penerima membatalkannya (ia menolak tegangan mode umum dengan sangat baik). Saluran berujung tunggal tidak memiliki jaminan yang sebanding, karena tidak ada jaminan bahwa garis tanah dan garis sinyal akan mengambil sinyal derau yang sama; alasan bahkan mungkin dihubungkan melalui ground chassis dan arus balik akan mengambil rute yang sama sekali berbeda.


Anda mengatakan RS-422 dapat didorong lebih lama dari RS = 232 untuk tingkat kesalahan bit yang diberikan; panjang kabel RS-232 mulai mengambil kesalahan acak? Saya akan berharap bahwa sementara mungkin ada beberapa panjang, tepat di batas kegunaan, di mana pesan yang diberikan mungkin memiliki 99% peluang untuk melewati tanpa rusak, tidak akan ada banyak perbedaan antara panjang di mana pesan yang kompleks dapat melewati melalui dengan 99% atau peluang keberhasilan yang lebih baik, dan panjang di mana peluang 99% akan gagal. Apakah keruntuhan sama sekali bertahap?
supercat

4
Garis RS-232 yang panjang memiliki masalah besar yang tidak dimiliki RS-422: Karena "ground" dirujuk untuk mendemodulasi sinyal, kesalahan kumulatif dalam "ground" ini mendatangkan malapetaka pada receiver. Ini menjadi lebih buruk ketika penerima dan driver tidak berada di tanah yang sama (dicolokkan ke sirkuit daya yang berbeda, misalnya), atau ketika arus selain arus balik sinyal berada di jalur tanah itu. Penurunan voltase apa pun pada saluran ground, untuk alasan apa pun, mengurangi margin kebisingan Anda, sampai hilang begitu saja. Pada dasarnya, "ground" adalah fiksi nyaman yang gagal untuk kabel panjang.
Mike DeSimone

Penurunan ini tidak terlalu berangsur-angsur, karena dalam banyak kasus noise jauh lebih kecil daripada margin antara VOH / VOL dan VIH / VIL. Apa yang terjadi adalah bahwa, pada panjang (tertentu), Anda mulai mengambil kesalahan nyata, seperti kekuatan kebisingan mulai sama dengan ambang penerima (yaitu tegangan yang diperlukan untuk menabrak 0a 1atau sebaliknya), kemudian sebagai kabel semakin lama Anda mendapatkan lebih banyak kesalahan, sampai benar-benar hilang. Ini tidak seperti kerugian penyebaran radio ^. (Kembali ke topik, dalam kasus ADB, kabel ground membawa arus sinyal dan power return.)
Mike DeSimone

Apakah masalahnya lebih khas bahwa kekuatan noise meningkat, atau apakah masalahnya lebih khas bahwa sinyalnya terlalu lemah untuk mencapai ambang deteksi secara konsisten pada tepi naik dan turun? Saya sudah pasti melihat masalah terakhir lebih dari kebisingan pada kecepatan tinggi; apakah kebisingan menjadi masalah utama pada kecepatan yang lebih rendah (dengan kabel yang lebih panjang akan memungkinkan kecepatan yang lebih rendah)? Adapun ADB, saya pikir itu dirancang untuk menyelamatkan orang-orang dari memiliki kabel terpisah ke PC mereka untuk mouse dan keyboard. Sayang sekali desainer PC modern tidak mempertimbangkan hal-hal seperti itu.
supercat

2
Dalam praktiknya, ADB tidak dapat diandalkan ketika Anda memiliki banyak perangkat. Saya memiliki joystick, throttle, keyboard, dan mouse, dan jika Anda tidak mendapatkannya dalam urutan yang benar, mereka secara acak tidak akan berfungsi. Joystick dan throttle adalah biang keladinya; mereka memiliki banyak panjang kabel yang terpasang, dan itu bertambah. Dan, ya, Mac tidak memiliki RS-232 (itu sebabnya saya menggunakan 422 sama sekali), tetapi satu trik dengan RS-422 adalah Anda dapat mengonversinya menjadi RS-423 ujung tunggal dengan kabel (TX- menjadi TX ; TX + tidak terhubung, RX + ke GND, RX- menjadi RX), dan RS-423 kompatibel dengan RS-232 untuk jarak pendek.
Mike DeSimone

14

Sebenarnya banyak USB memiliki 5 baris, bukan 4. (Baris 5 untuk negosiasi siapa yang ahli dalam aplikasi OTG. Perhatikan ini terbatas pada konektor mini dan micro USB.)

Seperti yang telah ditunjukkan orang lain, garis D + dan D- adalah pasangan diferensial. Karena penerima dapat mengabaikan tegangan mode umum, pasangan diferensial memberikan kekebalan noise yang lebih baik daripada sinyal tunggal. Secara logis, garis D + dan D- adalah sinyal tunggal.


2
@Kortuk: Pada mini dan micro USB ada pin "ID" ke-5 untuk USB On-the-Go, di mana salah satu perangkat dapat bertindak sebagai tuan rumah. secure.wikimedia.org/wikipedia/en/wiki/USB#Physical_appearance
endolith

4
Pin kelima bukan untuk negosiasi karena itu - sudah terpasang di konektor dan tidak mencapai ujung lainnya. Idenya adalah untuk menunjukkan ke perangkat OTG ketika mereka harus mengambil peran host dengan memasukkan ujung A. Ada juga protokol untuk beralih peran, tapi itu level yang jauh lebih tinggi.
Yann Vernier

11

Saya tidak bisa mengatakan dengan pasti bahwa ini adalah satu - satunya pertimbangan yang masuk ke dalamnya, tapi itu bukan untuk landasan, itu untuk pembatalan EMI. The Data +/- kabel yang twisted pair membawa sinyal diferensial.

Seperti yang Anda temukan di kabel telepon rumah biasa atau kabel jaringan.


9

Mekanisme transmisi data diferensial D + D- diadopsi untuk mengurangi kebisingan yang terpengaruh, maka bandwidth transmisi dapat sangat ditingkatkan.

Seperti USB ada beberapa protokol transmisi lain yang menggunakan lapisan fisik diferensial. Beberapa contoh adalah RS485, Ethernet ...



7

Tetapi, bahkan dengan data diferensial, ada kalanya pensinyalan ujung tunggal digunakan di USB: Paket akhir diberi sinyal dengan ujung tunggal berakhir (SE0), yaitu, D + dan D- dalam keadaan rendah . Keadaan ini bertahan selama 2 bit. jika SE0 bertahan lebih dari 10ms itu berarti reset bus.

Pensinyalan dengan ujung tunggal ini membuat USB cukup peka terhadap interferensi elektromagnetik, seperti yang saya temukan baru-baru ini ketika motor pengering rambut menyebabkan banyak terputusnya sambungan pada perangkat USB terdekat. Dan tidak ada filter mode biasa yang dapat digunakan secara efektif karena ini dapat menurunkan sinyal SE0 ... Standar lain yang dipahami dengan baik ...


Menggunakan pensinyalan berujung tunggal untuk beberapa kondisi yang tidak memerlukan pengaturan waktu yang tepat (mis. Menggunakannya untuk pengaturan ulang bus sepertinya ide yang sangat bagus) Menggunakan SE0 dua bit kali tampaknya agak cepat, namun; apa yang seharusnya dilakukan penerima jika mereka melihat SE0 satu bit? Memiliki pemancar mengirim SE0 tiga-bit-waktu dan penerima mencari setidaknya dua akan tampak jauh lebih baik.
supercat

3

Beyond Logic memiliki ikhtisar poin-poin penting dari bagian listrik spec USB di sini (juga dalam format PDF di sini ):

... USB menggunakan pasangan transmisi diferensial untuk data. Ini dikodekan menggunakan NRZI dan sedikit diisi untuk memastikan transisi yang memadai dalam aliran data.

...

Penerima mendefinisikan diferensial '1' sebagai D + 200mV lebih besar dari D- dan diferensial '0' sebagai D + 200mV kurang dari D-. Polaritas sinyal dibalik tergantung pada kecepatan bus.


2
Kami menghargai tautan sebagai tambahan, tetapi jika tautan itu mati jawaban Anda menjadi tidak berguna. Bisakah Anda memberikan ringkasan di sini?
stevenvh

2
Ini adalah jawaban yang jauh lebih baik karena ringkasan yang ditambahkan - Terima kasih telah melakukan itu - tetapi Anda juga perlu berhati-hati untuk menghindari plagarisme. Konten dalam paragraf pertama Anda memiliki hak cipta.
Kevin Vermeer

@KevinVermeer: ??Kutipan bukan plagiarisme atau pelanggaran hak cipta.
endolith

2
@ endolith - Dengan atribusi, mereka bukan plagarisme atau pelanggaran hak cipta. Saya telah mengedit jawaban untuk menunjukkan atribusi yang lebih baik. Sebelumnya, tidak ada yang akan tahu bahwa paragraf itu sebagian besar adalah kutipan. Sekarang sudah jelas. Saat membuat kutipan, gunakan fitur blokir kutipan.
Kevin Vermeer

@endolith: Atribusi melindungi terhadap penjiplakan tetapi kutipan yang dikaitkan BISA masih merupakan pelanggaran hak cipta.
Ben Voigt
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.
Judi bola <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>|